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带你入门Java的泛型

来源：互联网 收集：自由互联 发布时间：2021-08-21
目录 泛型 1、简单泛型 （1）元组 （2）堆栈 2、泛型接口 3、泛型方法 （1）类型推断 （2）通用的Generator （3）Set实用工具实现数学方法 4、擦除 （1）迁移兼容性 （2）擦除的问题 5、擦
目录
  • 泛型
    • 1、简单泛型
      • （1）元组
      • （2）堆栈
    • 2、泛型接口
      • 3、泛型方法
        • （1）类型推断
        • （2）通用的Generator
        • （3）Set实用工具实现数学方法
      • 4、擦除
        • （1）迁移兼容性
        • （2）擦除的问题
      • 5、擦除的补偿
        • （1）由于擦除原因，无法通过instanceof比较类型。如果引入类型标签，就可以转而使用动态的isInstance()。
        • （2）创建类型实例
        • （3）泛型数组
      • 6、边界
        • 7、通配符
          • （1）List<? extends Fruit>协变
          • （2）List<? super Fruit>逆变
          • （3）无界通配符List<?>
          • （4）捕获转换
        • 8、问题
          • （1）任何基本类型都不能作为类型参数
          • （2）实现参数化接口
          • （3）转型和警告
          • （4）重载
          • （5）基类劫持了接口
        • 9、自限定
          • 10、异常
          • 总结

            泛型

            1、简单泛型

            泛型的主要目的之一就是用来指定容器要持有什么类型的对象，而且由编译器来保证类型的正确性。

            泛型暂时不指定类型，在使用时决定具体使用什么类型。通过<T>来实现，T就是类型参数。

            （1）元组

            class TwoTuple<A,B>{
    public final A first;
    public final B second;
    public TwoTuple(A a,B b){
        first = a;
        second = b;
    }
​
    @Override
    public String toString() {
        return "{ " + first +
                ", " + second +
                '}';
    }
}

            （2）堆栈

            class LinkedStack<T>{
    private class Node {
        T item;
        Node next;
        Node() { item = null; next = null; }
        Node(T item, Node next) {
            this.item = item;
            this.next = next;
        }
        boolean end() { return item == null && next == null; }
    }
​
    private Node top = new Node();
    public void push(T item) { top = new Node(item, top); }
    public T pop() {
        T result = top.item;
        if(!top.end())
            top = top.next;
        return result;
    }
}
（3）RandomList
class RandomList<T>{
    private ArrayList<T> storage = new ArrayList<>();
    private Random rand = new Random(47);
    public void add(T item){
        storage.add(item);
    }
    public T select(){
        return storage.get(rand.nextInt(storage.size()));
    }
}

            2、泛型接口

            泛型也可以应用于接口，例如生成器，这是一种专门负责创建对象的类。

            import net.mindview.util.Generator;
import java.util.Iterator;
​
class Fibonacci implements Generator<Integer> {
    private int count = 0;
    public Integer next(){
        return fib(count++);
    }
    private int fib(int n){
        if(n<2) return 1;
        return fib(n-2) + fib(n-1);
    }
}
​
class IterableFibonacci implements Iterable<Integer> {
    private Fibonacci fib = new Fibonacci();
    private int n;
    public IterableFibonacci(int count){
        n = count;
    }
​
    @Override
    public Iterator<Integer> iterator() {
        return new Iterator<Integer>() {
            @Override
            public boolean hasNext() {
                return n>0;
            }
​
            @Override
            public Integer next() {
                n--;
                return fib.next();
            }
            public void remove() { // Not implemented
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
        };
    }
}

            3、泛型方法

            　　泛型方法使得该方法能够独立于类而产生变化。使用泛型方法的时候，通常不必指明参数类型，因为编译器会为我们找出具体的类型，这称为类型参数推断。

             class GenericMethods{
     public <T> void f(T x){
      System.out.println(x.getClass().getSimpleName());
     }
}

            （1）类型推断

            　　使用泛型有时候需要向程序中加入更多的代码。如下所示：

             Map<Person,List<? extends Pet>> petPerson = 
     new HashMap<Person,List<? extends Pet>>();

            在泛型方法中可以通过类型推断来简化一部分工作。如下所示：

            class New{
    public static <K,V> Map<K,V> map(){
        return new HashMap<K,V>();
    }
​
    public static void main(String[] args) {
        Map<Person,List<? extends Pet>> petPerson = New.map();
    }
}

            类型推断只对赋值操作有效，其他时候并不起作用。如果将一个泛型方法的结果作为参数，传递给另一个方法时，另一个方法需要显式的类型说明。如下所示：

            public class ExplicitTypeSpecification{
    static void f(Map<Person,List<? extends Pet>> petPerson){}
    public static void main(String[] args) {
        f(New.<Person,List<? extends Pet>>map());
    }
}

            （2）通用的Generator

            import net.mindview.util.Generator;
​
public class BasicGenerator<T> implements Generator<T>{
    private Class<T> type;
    public BasicGenerator(Class<T> type){
        this.type = type;
    }
    public T next(){
        try {
            return type.newInstance();
        }catch (Exception e){
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    public static <T> Generator<T> create(Class<T> type){
        return new BasicGenerator<T>(type);
    }
}

            （3）Set实用工具实现数学方法

            public class Sets{
    @SuppressWarnings("unchecked")
    protected static <T> Set<T> copy(Set<T> s) {
        if(s instanceof EnumSet)
            return ((EnumSet)s).clone();
        return new HashSet<T>(s);
    }
​
    //并集
    public static <T> Set<T> union(Set<T> a, Set<T> b) {
        Set<T> result = copy(a);
        result.addAll(b);
        return result;
    }
    //交集
    public static <T> Set<T> intersection(Set<T> a, Set<T> b) {
        Set<T> result = copy(a);
        result.retainAll(b);
        return result;
    }
    //差集
    public static <T> Set<T> difference(Set<T> superset, Set<T> subset) {
        Set<T> result = copy(superset);
        result.removeAll(subset);
        return result;
    }
    //包含除了交集以外的所有元素
    public static <T> Set<T> complement(Set<T> a, Set<T> b) {
        return difference(union(a, b), intersection(a, b));
    }
}

            4、擦除

            Java泛型是使用擦除来实现的，这意味着当你在使用泛型时，任何具体的类型信息都被擦除了，你唯一知道的就是你在使用一个对象。因此List<String>和List<Integer>在运行时事实上是相同的类型，都被擦除成它们的“原生”类型List。

            （1）迁移兼容性

            泛型类型只有在静态类型检查期间才出现，在此之后，程序中的所有泛型类型都将被擦除，替换为他们的非泛型上界。擦除的核心动机是它使得泛化的客户端可以用非泛化的类库来使用，反之亦然，这经常被称为“迁移兼容性”。

            （2）擦除的问题

            泛型的所有关于参数的类型信息都丢失了，所以不能用于显式地引用运行时类型的操作之中，例如转型、instanceof操作和new表达式。

            5、擦除的补偿

            （1）由于擦除原因，无法通过instanceof比较类型。如果引入类型标签，就可以转而使用动态的isInstance()。

            public class ClassTypeCapture<T>{
    Class<T> kind;
    public ClassTypeCapture(Class<T> kind){
        this.kind = kind;
    }
    public boolean f(Object arg){
        return kind.isInstance(arg);
    }
}

            （2）创建类型实例

            通过工厂对象来创建实例。如果使用类型标签，就可以使用newInstance()来创建这个类型的新对象。

            class ClassAsFactory<T>{
    T x;
    public ClassAsFactory(Class<T> kind){
        try{
            x = kind.newInstance();
        }catch(Exception e){
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

            如果类没有默认的构造器，上面的案例会创建失败。为了解决这个问题，可以通过显示的工厂来实现。

            interface FactoryI<T>{
    T create();
}
class Foo2<T>{
    private T x;
    public <F extends FactoryI<T>> Foo2(F factory){
        x = factory.create();
    }
}
class IntegerFactory implements FactoryI<Integer>{
    public Integer create(){
        return new Integer(6);
    }
}

            另一种方式是模板方法设计模式。

            abstract class GenericWithCreate<T>{
    final T element;
    GenericWithCreate(){ element = create(); }
    abstract T create();
}
​
class X{}
​
class Creator extends GenericWithCreate<X>{
    X create(){ return new X(); }
}

            （3）泛型数组

            无法通过 T[] array = new T[sz] 来创建泛型数组，一般的解决方法是在需要泛型数组的地方都使用ArrayList。

            在创建泛型数组时，有以下三种情况：

            ①创建时强制转型

            public class GenericArray<T>{
    private T[] array;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public GenericArray(int sz){
        array = (T[])new Object[sz];
    }
    public T[] rep(){ return array; }
​
    public static void main(String[] args) {
        GenericArray<Integer> gai = new GenericArray<Integer>(10);
        Integer[] ia = gai.rep();//引起ClassCastException
        Object[] oa = gai.rep();
    }
}

            ②方法返回时强制转型

            class GenericArray2<T>{
    private Object[] array;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public GenericArray(int sz){
        array = new Object[sz];
    }
    public T[] rep(){ return (T[])array; }
    public static void main(String[] args) {
        GenericArray<Integer> gai = new GenericArray<Integer>(10);
        Integer[] ia = gai.rep();//引起ClassCastException
        Object[] oa = gai.rep();
    }
}

            ③使用Array.newInstance()

            以上两种方法都无法创建具体类型的数组，无法推翻底层的数组类型，只能是Object[]。通过传入类型标记Class<T>，可以从擦除中恢复。

            class GenericArray3<T>{
    private T[] array;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public GenericArray(Class<T> type,int sz){
        array = (T[]) Array.newInstance(type,sz);
    }
    public T[] rep(){ return array; }
    public static void main(String[] args) {
        GenericArray<Integer> gai = new GenericArray<Integer>(Integer.class,10);
        Integer[] ia = gai.rep();//可以正常运行
        Object[] oa = gai.rep();
    }
}

            6、边界

            边界使得你可以在用于泛型的参数类型上设置限制条件，可以按照自己的边界类型来调用方法。

            public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Man m = new Man();
        m.hear();
        m.smell();
    }
}
​
interface SuperPower{}
interface SuperHearing extends SuperPower{
    void hearSubtleNoises();
}
interface SuperSmell extends SuperPower{
    void trackBySmell();
}
​
class SuperHero<POWER extends SuperPower>{
    POWER power;
    SuperHero(POWER power){ this.power = power; }
    POWER getPower(){ return power; }
}
​
class CaineHero<POWER extends SuperHearing & SuperSmell> extends SuperHero<POWER>{
    CaineHero(POWER power){ super(power); }
    void hear(){ power.hearSubtleNoises(); }
    void smell(){ power.trackBySmell(); }
}
​
class SuperHearSmell implements SuperHearing,SuperSmell{
​
    @Override
    public void hearSubtleNoises() {
        System.out.println("hearSubtleNoises");
    }
​
    @Override
    public void trackBySmell() {
        System.out.println("trackBySmell");
    }
}
​
class Man extends CaineHero<SuperHearSmell>{
    Man(){ super(new SuperHearSmell()); }
}

            7、通配符

            （1）List<? extends Fruit>协变

            表示具有任何从Fruit继承的类型的列表。List<? extends Fruit>可以合法地指向一个List<Apple>。一旦执行这种类型的向上转型，就将丢失掉向其中传递任何对象的能力，甚至是传递Object也不行。

            List<? extends Fruit> flist =
    Arrays.asList(new Apple());
//Compile Error：can't add any type of object
//add()的参数是<? extends Fruit>，编译器不知道需要Fruit的哪个
//具体的子类型，因此不接受任何类型的Fruit
//flist.add(new Apple());
//flist.add(new Fruit());
//flist.add(new Object());
flist.add(null);//Legal but uninteresting
Apple a = (Apple)flist.get(0);//No warning
Fruit f = flist.get(0);//No warning
flist.contains(new Apple());//参数是Object
flist.indexOf(new Apple());//参数是Object

            （2）List<? super Fruit>逆变

            超类型通配符可以安全地传递一个类型对象到泛型类型中。List<? super Fruit>意味着向其中添加Fruit或Fruit的子类型是安全的。

            List<? super Fruit> flist = new ArrayList<Fruit>();
        flist.add(new Apple());
        flist.add(new Fruit());
//Error:Incompatible Type
//Fruit f = flist.get(0);
Object f = flist.get(0);//OK,but type information has been lost

            （3）无界通配符List<?>

            List实际上表示“持有任何Object类型的原生List”，List<?>表示“具有某种特定类型的非原生List，只是我们不知道那种类型是什么”，List<? extends Object>表示“类型是Object的导出类”。

            无界通配符的一个重要应用：处理多个泛型参数时，允许一个参数可以是任何类型，同时为其他参数确定某种特定类型。

            Map<String,?> map = new HashMap<String,Integer>;
map = new HashMap<String,String>;

            原生Holder与Holder<?>是大致相同的事物，但存在不同。它们会揭示相同的问题，但是后者将这些问题作为错误而不是警告报告。

            static void rawArgs(Holder holder,Object arg){
    //holder.set(arg);
    //Warning:Unchecked call to set(T) as member
    //of the raw type Holder
    //holder.set(new Wildcards());//Same Warning
    //Can't do this:don't have any 'T'
    //T t = holder.get();
    //OK,but type infomation has been lost
    Object obj = holder.get();
}
//Similar to rawArgs(),but errors instead of warnings
static void unboundedArg(Holder<?> holder,Object arg){
    //holder.set(arg);
    //Error:set(capture of ?) in Holder<capture of ?>
    //cannot be applied to (Object)
    //holder.set(new Wildcards());//Same Error
    //Can't do this:don't have any 'T'
    //T t = holder.get();
    //OK,but type infomation has been lost
    Object obj = holder.get();
}

            （4）捕获转换

            未指定的通配符类型被捕获，并被转换为确切类型。在f2()中调用f1()，参数类型在调用f2()的过程中被捕获，因此它可以在对f1()的调用中被使用。不能从f2()中返回T，因为T对于f2()来说是未知的。

            static <T> void f1(Holder<T> holder){
    T t = holder.get();
     System.out.println(t.getClass().getSimpleName());
}
​
static <T> void f2(Holder<T> holder){
    f1(holder);
}

            8、问题

            （1）任何基本类型都不能作为类型参数

            （2）实现参数化接口

            一个类不能实现同一个泛型接口的两种变体。将泛型参数移除掉后，这段代码就可以正常编译了。

            interface Payable<T>{}
​
class Employee implements Payable<Employee>{}
​
//Compile Error:cannot be inherited with different type arguments
class Hourly extends Employee implements Payable<Hourly>{}

            （3）转型和警告

            使用带有泛型类型参数的转型或instanceof不会有任何效果。

            由于擦除原因，编译器无法知道这个转型是否安全，并且pop()方法实际上并没有执行任何转型。如果没有@SuppressWarnings注解，编译器将对pop()产生“Unchecked cast”警告。

            private int index = 0;
private Object[] storage;
@SuppressWarnings("unchecked")
public T pop(){ return (T)storage[--index]; }

            （4）重载

            由于擦除的原因，重载方法将产生相同的类型签名，导致程序不能编译。

            public class UseList<W,T>{
     void f(List<T> v){}
     void f(List<W> v){}
 }

            （5）基类劫持了接口

            一旦为Comparable确定了ComparablePet参数，那么其他任何实现类都不能与ComparablePet之外的任何对象比较。在前面的“实现参数化接口”章节里面的第一个例子，就体现了基类劫持接口。

            public class ComparablePet
implements Comparable<ComparablePet> {
  public int compareTo(ComparablePet arg) {
      return 0;
  }
}
​
class Cat extends ComparablePet implements Comparable<Cat>{
  // Error: Comparable cannot be inherited with
  // different arguments: <Cat> and <Pet>
  public int compareTo(Cat arg) { return 0; }
} ///:~
​
class Hamster extends ComparablePet
    implements Comparable<ComparablePet>{
    public int compareTo(ComparablePet arg) {
        return 0;
    }
}

            9、自限定

            class Subtype extends BasicHolder<Subtype> {}这样用，就构成自限定了。从定义上来说，它继承的父类的类型参数是它自己。

            从使用上来说，Subtype对象本身的类型是Subtype，且Subtype对象继承而来的成员(element)、方法的形参(set方法)、方法的返回值(get方法)也是Subtype了（这就是自限定的重要作用）。这样Subtype对象就只允许和Subtype对象（而不是别的类型的对象）交互了。

            class BasicHolder<T> {
    T element;
    void set(T arg) { element = arg; }
    T get() { return element; }
    void f() {
        System.out.println(element.getClass().getSimpleName());
    }
}
​
class Subtype extends BasicHolder<Subtype> {}
​
public class CRGWithBasicHolder {
    public static void main(String[] args) {
        Subtype st1 = new Subtype(), st2 = new Subtype(), st3 = new Subtype();
        st1.set(st2);
        st2.set(st3);
        Subtype st4 = st1.get().get();
        st1.f();
    }
} /* Output:
Subtype
*/

            10、异常

            由于擦除原因，将泛型应用于异常是非常受限的。但是，类型参数可能会在一个方法的throws子句中用到，这使得你可以编写随检查型异常的类型而发生变化的泛型代码。

            interface
Processor<T,E extends Exception> {
    void process(List<T> resultCollector) throws E;
}
​
class
ProcessRunner<T,E extends Exception>
        extends ArrayList<Processor<T,E>> {
    List<T> processAll() throws E {
        List<T> resultCollector = new ArrayList<T>();
        for(Processor<T,E> processor : this)
            processor.process(resultCollector);
        return resultCollector;
    }
}
​
class Failure extends Exception {}
​
class Processor1 implements
        Processor<String,Failure> {
    static int count = 3;
    public void process(List<String> resultCollector)
            throws Failure1_1, Failure1_2 {
        if(count-- > 1)
            resultCollector.add("Hep!");
        else
            resultCollector.add("Ho!");
        if(count < 0)
                throw new Failure1();
    }
}
​
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ProcessRunner<String,Failure> runner =
                new ProcessRunner<String,Failure>();
        for(int i = 0; i < 3; i++)
            runner.add(new Processor1());
        try {
            System.out.println(runner.processAll());
        } catch(Failure e) {
            System.out.println(e);
        }
    }
}

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